studi experimental dan analisa respon material polymericfoam yang ...

STUDI EXPERIMENTAL DAN ANALISA RESPON 

MATERIAL POLYMERICFOAM YANG DIPERKUAT 

SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) 

AKIBAT BEBAN TEKAN STATIK 

SKRIPSI 

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi 

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik. 

ZULFAHMI RAHMAD 

NIM. 060401069 

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN 

FAKULTAS TEKNIK 

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 

MEDAN 

2010 

Universitas Sumatera Utara






NIM. 060401069 

Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh : 

Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing, 

Fakultas Teknik USU 

Ketua, 

Dr.Ing.Ikhwansyah Isranuri 

Prof.Dr.Ir.Bustami Syam, MSME 

NIP. 1964 1224 1992 111 001 NIP. 1957 1001 1985 031 005 







NIM. 060401069 

Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi 

Periode ke-580, pada Tanggal 21 Juli 2010 

Dosen Pembimbing, 

Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME 

NIP. 1957 1001 1985 031 005 

Dosen Pembanding I. Dosen Pembanding II, 

Ir.Alfian Hamsi, M.Sc. 

Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri 

NIP. 195609101987101001 NIP. 196412241992111001 


KATA PENGANTAR 

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala karunia dan 

rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat 

menyelesaikan skripsi ini dengan sebaiknya. 

Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik 

di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 

Adapun judul skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Mekanika Kekuatan 

Bahan, yaitu “STUDI EXPERIMENTAL DAN ANALISA RESPON 

MATERIAL POLYMERICFOAM YANG DIPERKUAT SERAT TANDAN 

KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) AKIBAT BEBAN TEKAN STATIK”. 

Dalam penulisan skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala 

kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh 

dari perkuliahan, menggunakan literature, serta bimbingan dan arahan dari Bapak 

Prof.Dr.Ir.Bustami Syam,MSME sebagai Dosen Pembimbing. 

Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang 

sebesar-besarnya kepada : 

1. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Kamiruddin dan Ibunda Syarifah 

Aini,Abang dan Kakak tersayang (Taufik Yulhendri,Azwar,Azwir,Ronald 

Regen,Yandi Putra Indah dan Helmi Gusnizar,Fitra Dewi,Syafrida 

Wilis,Yusmiati Fitri Dewi) atas doa, kasih sayang, pengorbanan, tanggung 

jawab yang selalu menyertai penulis, dan memberikan penulis semangat yang 

luar biasa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 

2. Bapak Prof.Dr.Ir.Bustami Syam,MSME selaku dosen pembimbing yang telah 

banyak meluangkan waktunya dan dengan sabar membimbing penulis hingga 

skripsi ini dapat terselesaikan. 

3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin 

Sitorus, ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, 

Fakultas Teknik USU. 

4. Bapak Muftil Badri,ST yang telah banyak memberikan masukan dan 

sarannya demi kesempurnaan penulisan hasil penelitian ini dan juga sebagai 

partner dalam penelitian ini. 

5. Bapak Zulfikar,ST dan Bapak Siswo Nugroho,ST yang telah membantu dan 

sebagai tempat diskusi. 

6. Bapak/ibu staff pengajar dan pegawai Departemen Teknik Mesin, Fakultas 

Teknik USU. 

7. Guru-guru ngaji penulis ,Mu’allim Ahmad Mulyono atas bimbingan dan 

arahannya kepada penulis agar tetap bertawakkal kepada ALLAH SWT. 

8. Teman-teman stambuk 2006 khususnya yang menjadi teman diskusi dan 

menemani penulis selama mengikuti studi dan menyusun skripsi ini 

Penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi 

penyempurnaan skripsi ini dimasa mendatang. 

Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan berharap semoga skripsi 

ini berguna bagi kita semua.Amiin YA Rabbal Alamin. 


Medan, Juli 2010 

Penulis, 

Zulfahmi Rahmad 

NIM : 060401069 



MATERIAL POLYMERICFOAM YANG DIPERKUAT SERAT 

TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) AKIBAT 

BEBAN TEKAN STATIK. 

Fakultas Teknik 

Universitas Sumatera Utara 

ABSTRAK 

Komposit dari bahan serat (fibrous composite) terus diteliti dan 

dikembangkan guna menjadi bahan alternatif baru pengganti fungsi bahan logam, 

hal ini disebabkan sifat dari komposit serat yang kuat dan mempunyai berat yang 

lebih ringan serta untuk mengurangi pencemaran lingkungan jika dibandingkan 

dengan bahan logam. Susunan komposit serat terdiri dari serat TKKS dan matriks 

sebagai bahan pengikatnya. Ukuran panjang TKKS yang digunakan berkisar 

antara 13 cm sampai 18 cm. Matriks yang digunakan adalah resin epoxy, katalis 

MEKP (metil etil keton peroksida), blowing agent dan sebagai penguatnya adalah 

serat TKKS. Melalui tugas akhir ini peneliti ingin mengetahui respon dan sifat 

mekanik yang tinggi (modulus tekan elastisitas dan kekuatan tekan maksimum) 

material komposit serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) akibat uji tekan 

statik. Hal ini akan menjadi lebih penting saat penelitian ingin membuat suatu 

produk. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa tingkatan respon yang terjadi 

berupa kekuatan retak/patah dari pengujian tekan statik aksial dan simulasi 

numerik. Dari pengujian diperoleh nilai modulus elastisitas sebesar ± 17.22 MPa 

dan kekuatan maksimum atau retak sebesar ± 0.138 MPa. Pada hasil simulasi 

numerik diperoleh tegangan normal maksimum pada hasil VonMises 

polymericfoam sebesar ± 0.181 MPa. Contour yang menunjukkan tegangan 

VonMises melalui ansys akibat tekan statik aksial ini mendekati hasil tegangan 

pada eksperimen. Kemudian distribusi tegangan polymericfoam +TKKS 

dibandingkan antara bahan baja dan aluminium. Distribusi tegangan yang terjadi 

dapat diketahui dengan menggunakan simulasi ansyss rel. 5.4. Penelitian ini 

diharapkan dapat mengetahui komposisi bahan yang terbaik dan material yang 

berkekuatan tinggi akan tetapi ringan. 

Kata kunci : Serat TKKS, Matriks, Beban tekan statik, Modulus tekan elastisitas. 

Ansys rel. 5.4 


DAFTAR ISI 

KATA PENGANTAR i 

Halaman 

ABSTRAK iii 

DAFTAR ISI iv 

DAFTAR TABEL vii 

DAFTAR GAMBAR viii 

DAFTAR NOTASI x 

BAB 1 PENDAHULUAN 1 

1.1 Latar Belakang 1 

1.2 Perumusan Masalah 2 

1.3 Tujuan Penelitian 2 

1.4 Manfaat Penelitian 3 

1.5 Sistematika Penulisan 3 

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 5 

2.1 Pendahuluan 5 

2.2 Landasan Teori 7 

2.2.1 Polymeric Foam 7 

2.2.2 Karakteristik Serat TKKS 8 

2.2.3 Teori Uji Tekan Statik 9 

2.2.4 Respon Material Akibat Beban Tekan Statik 11 

2.2.5 Persamaan Tegangan – Regangan 12 

2.2.6 Hubungan Tegangan – Regangan 14 

2.2.7 Model Kegagalan Material Polymericfoam 15 

2.3 Ansys rel. 5.4 17 

2.4 Kerangka Konsep penelitian 17 

BAB 3 METODE PENELITIAN 18 

3.1 Umum 18 

3.2 Alur Penelitian 18 

3.3 Tempat dan Waktu 18 

3.4 Alat dan Bahan 19 

3.4.1 Bahan yang digunakan dalam pembuatan 

spesimen 20 


3.4.1.1 Polyurhethane (PU) 20 

3.4.1.2 Serat TKKS 20 

3.4.1.3 Bahan pembentuk berongga 

(blowing agent) 21 

3.4.1.4 Katalis 22 

3.4.1.5 Resin 23 

3.4.1.6 Wax 24 

3.4.1.7 NatriumHidroksida (NaOH) 24 

3.4.2 Alat yang digunakan untuk membuat 

spesimen 25 

3.4.2.1 Mesin Pemotong 25 

3.4.2.2 Mesin Penghalus Serat 26 

3.4.2.3 Timbangan Digital 26 

3.5 Spesimen bahan polymericfom 

diperkuatserat TKKS 27 

3.6 Alat uji tekan statik 28 

3.7 Prosedur pengujian tekan statik 29 

3.8. Proses Pencampuran Spesimen 33 

3.8.1 Proses Pembentukan serat TKKS 33 

3.8.2 Proses Pembentukan Spesimen 34 

3.9 Proses Penggabungan serat dengan matriks 35 

3.10 Penyelidikan melalui simulasi ansys rel. 5.4 36 

3.10.1 Tampilan pembuka ansys rel. 5.4 38 

3.10.2 Mendefinisikan element/property type 39 

3.10.3 Mendefinisikan Material Properties 40 

3.10.4 Tampilan pembuatan gambar cylinder 40 

3.10.5 Proses Meshing 43 

3.10.6 Penerapan Solution 44 

3.10.7 Proses Analyzing 45 

BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISIS PENELITIAN 47 

4.1 Pengujian Spesimen 47 

4.2 Spesifikasi Mesin Uji 47 

4.3 Pengolahan data hasil pengujian material 

polymericfoam akibat beban tekan statik 48 

4.3.1 Penentuan Modulus Elastisits 48 

4.3.2 Hasil uji material polymericfoam akibat 

beban tekan statik 49 

4.3.3 Modus kegagalan spesimen polymericfoam 

diperkuat serat KKS 51 

4.4 Permodelan spesimen uji melalui ansys rel. 5.4 53 

4.5 Hasil simulasi uji tekan statik aksial 57 

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 75 

5.1. Kesimpulan 75 

5.2 Saran 76 


DAFTAR PUSTAKA 

LAMPIRAN 


DAFTAR TABEL 

Halaman 

Tabel 2.1 Karakteristik Mekanik Poliester Resin Tak Jenuh 6 

Tabel 3.1 Bahan dan Peralatan Yang digunakan Untuk Pembuatan 

SpesimenYang Berbahan Dasar Polymericfoam 

diperkuat serat TKKS 19 

Tabel 3.2 Spesifikasi Material Polymericfoam + TKKS 28 

Tabel 3.3 Kondisi Awal Spesimen 29 

Tabel 4.1 Spesifikasi Alat Uji Shimadzu Servopulser 47 

Tabel 4.2 Tegangan Maksimum material polymericfoam 

diperkuat serat TKKS 50 

Tabel 4.3 Nilai Karakteristik Bahan Aluminium dan Baja 64 

Tabel 4.4 Distribusi Tegangan Melalui Simulasi Numerik 73 


DAFTAR GAMBAR 

Halaman 

Gambar 2.1 Klasifikasi/Skema Struktur Komposit 5 

Gambar 2.2 Gabungan Makroskopis Fasa-Fasa Pembentuk Komposit 5 

Gambar 2.3 Jenis Material Berongga 7 

Gambar 2.4 Perubahan benda yang disebabkan oleh tegangan 

tekan statik aksial 10 

Gambar 2.5 Pengujian Beban Tekan Pada Batang Spesimen 

(a) Sebelum ujji tekan (b) setelah uji tekan 11 

Gambar 2.6 Kurva Tegangan – Regangan 13 

Gambar 2.7 Model Kegagalan Polymericfoam Diperkuat 

serat TKKS Akibat Beban Tekan Statik Dalam Bentuk 

AutoCAD 3D 15 

Gambar 2.8 Model foam yang dikenai beban tekan 16 

Gambar 2.9 Kerangka Konsep Penelitian 17 

Gambar 3.1 Bentuk TKKS yang Telah Dicacah 21 

Gambar 3.2 (a) cairan blowing agent (b) Struktur rongga 

dari blowing agent 22 

Gambar 3.3 Katalis 23 

Gambar 3.4 Resin 23 

Gambar 3.5 Wax 24 

Gambar 3.6 NaOH 25 

Gambar 3.7 Mesin Pemotong 25 

Gambar 3.8 Mesin Penghalus Serat 26 

Gambar 3.9 Timbangan Digital 26 

Gambar 3.10 Spesimen Polymericfoam Diperkuat Serat TKKS 27 

Gambar 3.11 (a) persiapan alat uji tekan shimadzu servopulser 

(b) proses eksekusi uji tekan pada spesimen 29 

Gambar 3.12 (a) diagram alir pengujian tekan secara ringkas 

(b) diagram alir penyelidikan respon terhadap 

berbahan dasar polymericfoam yang diperkuat serat TKKS 33 

Gambar 3.13 Skema Bagan Alir Pembuatan Serat TKKS 34 

Gambar 3.14 Material Polymericfoam Diperkuat TKKS 36 

Gambar 3.15 Diagram Alir Permodelan ansys rel. 5.4 37 

Gambar 3.16 Tampilan awal ansys 5.4 interactive 38 

Gambar 3.17 (a) Library element type (b) Tampilan element type 39 

Gambar 3.18 Tampilan material properties 40 

Gambar 3.19 Tampilan pembuatan gambar cylinder melalui ansys 42 

Gambar 3.20 Proses meshing material 44 

Gambar 3.21 Proses solusi material yang dikenai beban 45 

Gambar 3.22 Tampilan Analyzing material yang dikenai beban 


Gambar 4.1 Alat Uji Tekan Shimadzu Servopulser SC-2DE 48 

Gambar 4.2 Respon Tegangan – Regangan Polymericfoam 

Diperkuat Serat TKKS Akibat Beban Tekan Statik 49 

Gambar 4.3 Model Kegagalan Spesimen Polymericfoam 

Diperkut Serat TKKS Akibat Beban Tekan Statik 52 


Gambar 4.4 Model retak/patah pada spesimen membentuk sudut 45 0 53 

Gambar 4.5 Ukuran Spesimen uji tekan statik aksial (2D) dan (3D) 54 

Gambar 4.6 Kotak dialog solid circular area 55 

Gambar 4.7 Kotak dialog subtract area 56 

Gambar 4.8 Kotak Dialog extrude area 56 

Gambar 4.9 Model spesimen uji tekan statik aksal 57 

Gambar 4.10 Input sifat-sifat material 58 

Gambar 4.11 Input nilai beban tekan statik aksial 59 

Gambar 4.12 Distribusi tegangan normal arah X spesimen uji 


Gambar 4.13 Distribusi tegangan normal arah Y spesimen uji 


Gambar 4.14 Distribusi tegangan normal arah Z spesimen uji 

statik aksial 61 

Gambar 4.15 Tegangan VonMises Spesimen Uji tekan statik aksial 62 

Gambar 4.16 Perbandingan model retak/patah hasil simulasi 

dan eksperimen 63 

Gambar 4.17 Isotropic Properties Material Pada Aluminium 65 

Gambar 4.18 Input Nilai Beban Tegangan Maximum 65 

Gambar 4.19 Distribusi tegangan normal arah X bahan aluminium 

akibat statik aksial 66 

Gambar 4.20 Distribusi tegangan normal arah Y bahan aluminium 


Gambar 4.21 Distribusi tegangan normal arah Z bahan aluminium 


Gambar 4.22 Distribusi tegangan normal VonMises bahan aluminium 


Gambar 4.23 Isotropic Properties Material Pada Baja 69 

Gambar 4.24 Input Nilai Beban Tegangan Maximum 70 

Gambar 4.25 Distribusi tegangan normal arah X bahan baja 


Gambar 4.26 Distribusi tegangan normal arah Y bahan baja 


Gambar 4.27 Distribusi tegangan normal arah Z bahan baja 


Gambar 4.28 Distribusi tegangan normal VonMises bahan baja 



DAFTAR NOTASI 

Simbol Arti Satuan 

A = Luas permukaan mm 2 

d = Diameter mm 

E = Young’s Modulus MPa 

F = Gaya N 

ΔL = Perubahan Panjang mm 

Lo = Panjang awal mm 

h = Tinggi mm 

m = Massa kg 

υ = Poisson’s ratio 

ρ = Massa jenis kg/mm 3 

σ = Tegangan MPa 

ε = Regangan akibat tekan 

C0 = Kecepatan penjalaran tegangan m/s 

g = gravitasi m/s 2 

V = Volume mm 3

studi experimental dan analisa respon material polymericfoam yang ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?